Bài 5. Dinh dưỡng nitơ ở thực vật

Trao đổi nitơ ở thực vật
Họ và tên: Nguyễn Ngọc Quang
Lớp: k8 CNTN sinh học
Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Vụ
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA SINH HỌC
Nội Dung
Vai trò của nitơ đối với thực vật
Các nguồn nitơ – chu trình nitơ trong tự nhiên
Quá trình cố định nitơ khí quyển
Quá trình chuyển hoá nitơ trong cây
Nội Dung
Vai trò của nitơ đối với thực vật
Các nguồn nitơ – chu trình nitơ trong tự nhiên
Quá trình cố định nitơ khí quyển
Quá trình chuyển hoá nitơ trong cây
Vai trò của nitơ đối với thực vật
1. Có trong thành phần của hầu hết các chất trong cây:
Protein;
Axit nucleic;
Các sắc tố quang hợp;
Các hợp chất dự trữ năng lượng: ATP, ADP;
Các chất điều hoà sinh trưởng…
Vai trò của nitơ đối với thực vật
2. Tham gia trong các quá trình trao đổi chất và năng lượng

→Có vai trò quyết định đến toàn bộ các quá trình sinh lý của cây trồng
→Có vai trò đặc biệt quan trọng với sự sinh trưởng, phát triển của cây  quyết định năng suất, chất lượng
Nội Dung
Vai trò của nitơ đối với thực vật
Các nguồn nitơ – chu trình nitơ trong tự nhiên
Quá trình cố định nitơ khí quyển
Quá trình chuyển hoá nitơ trong cây
Trong tự nhiên Nitơ tồn tại dưới hai dạng:


Dạng tự do: N2 tồn tại trong khí quyển


Dạng hợp chất – Vô cơ: NH4+, NO3-
- Hữu cơ: các a.a, protein …
Các dạng Nitơ trên chuyển hóa lẫn nhau nhờ hoạt động của sinh vật tao nên chu trình nitơ trong tự nhiên:
Các dạng nitơ cung cấp cho cây
Quá trình tổng hợp hoá học: 3-5kg/ha/năm
Quá trình cố định nhờ vi khuẩn và vi khuẩn lam sống tự do: 10-15kg/ha/năm
Quá trình cố địng nhờ vi khuẩn và tảo sống cộng sinh: 150-200kg/ha/năm
Từ xác động vật, thực vật và vi sinh vật
Nguồn nitơ con người trả lại sau thu hoạch
Nội Dung
Vai trò của nitơ đối với thực vật
Các nguồn nitơ – chu trình nitơ trong tự nhiên
Quá trình cố định nitơ khí quyển
Quá trình chuyển hoá nitơ trong cây
Trong không khí N2 chiếm 78,16% nhưng thực vật không sử dụng được do trong phân tử có liên kết ba
→ Cần năng lượng rất lớn để cắt đứt liên kết này: 255 kcal/M
→ Chỉ số vi khuẩn có enzym Nitrogenaza và lực khử mạnh  khử Nitơ phân tử thành dạng amon.
Trong tự nhiên có ba con đường cố định nitơ
Quá trình hóc học

Quá trình cố định nhờ vi khuẩn sống tự do

Quá trình cố định vi khuẩn và vi khuẩn lam sống cộng sinh
1. Quá trình hóa học
Đòi hỏi nhiệt độ và áp suất rất cao
Hiệu suất thường thâp
Chỉ xảy ra khi có sấm sét hay hoạt động của núi lửa
Ngày nay con người đã sử dụng phương pháp hoá học rất phổ biến để chế tạo phân đạm
N2 + O2 = 2NO
2NO + O2 = 2NO2
4NO2 + 2H2O + O2 = 4HNO3
2. Quá trình cố định nhờ vi khuẩn sống tự do
Vi khuẩn hiếu khí thuộc chi: Azotobacter và Beijerinckia
Vi khuẩn kị khí thuộc chi: Clostridium
Vi khuẩn lam sống tự do thuộc chi anabaena

Tuy nhiên sản phẩm cố định không nhiều nên ít có ứng dụng trong thực tế
3. Quá trình cố định vi khuẩn và vi khuẩn lam sống cộng sinh

Vi khuẩn lam sống cộng sinh trong bèo hoa dâu
Chi nấm Actinomyces sống cộng sinh trong rễ của cây hai lá mầm
Vi khuẩn nốt sần cộng sinh với cây họ đậu
Vi khuẩn lam sống cộng sinh trong
bèo hoa dâu

Những vi khuẩn lam thuộc chi: Anabaena azollae
Bèo hoa dâu là một loại dương xỉ thuộc chi Azollae
Ở Việt Nam có chi Azollae pinata
Điều kiện cực thuân:
Nhiệt độ: 20 – 300C
Độ ẩm không khí: 85 – 90%
Độ chiếu sáng 2000 – 4000 lux
Bón đủ photphat và kali
Bón vôi để trung hoà
Vi khuẩn nốt sần cộng sinh với
cây họ đậu

1866 H. Hellriegel và H. Wilfarth phát hiện nhữnga cây họ đậu có khả năng cố định nitơ
1888 M.W. Beijerinck phân lập được vi khuẩn này và đặt tên cho nó là: Bacillus radicicola
Năm 1889 B. Frank xếp nó và một chi riêng là Rhizobium
Ngày nay ngươi ta đã mô tả được 11.000 loài thuộc họ đâu và 1200 có khả năng tạo nốt sần trong đó có 133 loài không cố định nitơ
Những chi chính của Rhizobia
Cấu tạo

Khi còn non tế bào có hình que với kích thước: 0,5-0,9 x 1,2-3,0µm, bắt mấu thuốc nhuộm đồng đều, có khả năng di động nhờ tiên mao

Khi già tế bào có dạng hình cầu, bất động, bắt màu thuốc nhuộm alinin không đều
Khi nuôi cấy nhân tạo các tế bào chúng thường phát triển thành các khuẩn ty giả
Cấu tạo nốt sần
Vỏ nốt sần

Vùng phân chia mạnh mẽ

Vùng mô bị xâm nhiễm

Hệ thống mạch của nốt sần
Cấu tạo nốt sần
Có hai loại nốt sần
Nốt sần vô hiệu: Có kích thước nhỏ, thường tập chung ở các rễ bên

Nốt sần hữu hiệu: Có kích thước lớn, tập chung ở rễ cái.

Khi nghiên cứu các nốt sần hữu hiệu người ta tách được chất tạo nên màu hồng của nốt sần là leghemoglobin
Leghemoglobin có cấu tạo giống hemoglobin gồm 2 thành phần:
+ 1 có điểm đẳng điện là pH=4,4 và KHPT là 16800 đvC
+ 1 có điểm đẳng điện là pH=4,7 và KLPT là 15400 đvC
Khi phân tích thành phần thu được 29% là Fe
→Chúng có vai trò quan trọng trong vận chuyển O2
Quá trình hình thành nốt sần
Mỗt loài Vk chỉ có thể hình thành nốt sấn trên một loài cây họ đậu xác định
Sự xâm nhập và hình thành nốt sần là một cơ chế phức tạp được điều hoà bởi gen
Người ta đã xác định đựơc gen tham gia quá trình đó:
+ Ở thực vật là: nod: + nodP, nodQ, nodH
+ nodE, nodF, nodL
+ Ở vi khuẩn là: nodA, nodB, nodC và nodD trong đó nodD có vai trò hoạt hoá
Cơ chế phân tử quá trình
cố định N2
Điều kiện để có quá trình cố định Nitơ khí quyển
Có các lực khử mạnh: Fed-H2, NAD-H2,
FAD-H2;

Được cung cấp năng lượng ATP;

Có sự tham gia của enzym Nitrogenaza;

Thực hiện trong điều kiện gần như kị khí.
Nguồn lực khử và năng lượng
Do đối tượng có khả năng cố định Nitơ tự tạo ra;

Lấy ra từ quá trình quang hợp, hô hấp, lên men của đối tượng cộng sinh cung cấp.
Nitrogenase
Là một phức hệ protein gồm hai thành phần
Protein sắt hay nitrogenaza khử hay thành phần II, gồm hai tiểu phần đồng nhất có khối lượng 2x2900đvC
Protein sắt – molipden hay thành phần I có khối lượng là 220.000 đvC chứa 2Mo, 30Fe và 20-30S gồm 4 tiểu phần: 2x50 và 2x60.000
IV. Quá trình biến đổi Nitơ trong cây
Quá trình amon hoá: NO3- → NH4+

Quá trình hình thành axit amin.
Quá trình amon hoá
Cây hút từ đất: NO3- và NH4+

Cây chỉ cần NH4+ để hình thành axit amin;

→ Cần biến đổi NO3- → NH4+


Các chất cần cho quá trình
khử Nitrat
Flavoprotein ( enzym có cofecmen là
FAD + kim loại hoạt hoá Mo, Cu, Mn, Mg):
Nitratreductaza;
Nitritreductaza;
Hiponitritreductaza;
Hidroxylaminreductaza.

Các chất cho e-: NADPH2, NADH2, Fed-H2
Cơ chế
* Giai đoạn 1: Được xúc tác bởi nitrat-riductaza, sảy ra sự khử hai điện tử của nitrat thành nitrit:
NADH (NADPH) e→ FAD e→ Fe4S4 e→ →Mo→NO3-→NO2-
* Giai đoạn 2: do nitrit xúc tác có sự chuyển 6 điện tử:
NO2- + 8H+ + 6e → NH4+ + 2H2O
Quá trình hình thành axit amin
Quá trình hô hấp của cây  xetoaxit
R-COOH;
Quá trình tổng hợp glutamin và glutamat
Quá trình trao đổi NH2  các xetoaxit →
→ a.a
- 4 phản ứng hình thành các axit amin;
Các phản ứng chuyển amin hoá  20 axit amin  các protein + các hợp chất thứ cấp.
4 phản ứng chuyển amin hoá hình thành axit amin
Xetoglutaric +R- NH2  glutamin;

Axit pyruvic +R-NH2  alanin;

Axit fumaric + R-NH2  aspartic;

Axit oxaloaxectic + NH4+  aspartic.
( R- NH2 là Glu hay Gln có sự xúc tác của glutamin- aminotransferases)
Cơ chế hoạt động của
glutamin- aminotransferases
Xin chân thành cảm ơn